基于双核锁步的多核处理器SEU加固方法

以单粒子翻转为代表的软错误是制约COTS器件空间应用的主要因素之一;为了满足空间应用对高集成卫星电子系统抗辐照防护的要求,提出了一种面向通用多核处理器的单粒子翻转加固方法,通过软件层面双核互检,在不额外增加硬件开销的前提下,充分提高了COTS器件的可靠性,具有良好的可移植性和较强的工程实用价值;进行软件故障注入实验,在程序执行的关键节点注入错误信息,验证该双核互检方法实用性;实验结果表明双核互锁方法可以100%检测出系统中产生的单粒子翻转,抗软错误能力满足应用需要。

NEW APPROACH TO EMULATE SEU FAULTS ON SRAM BASED FPGAS

Field Programmable Gate Arrays(FPGAs)offer high capability in implementing of complex systems,and currently are an attractive solution for space system electronics.However,FPGAs are susceptible to radiation induced Single-Event Upsets(SEUs).To insure reliable operation of FPGA based systems in a harsh radiation environment,various SEU mitigation techniques have been provided.In this paper we propose a system based on dynamic partial reconfiguration capability of the modern devices to evaluate the SEU fault effect in FPGA.The proposed approach combines the fault injection controller with the host FPGA,and therefore the hardware complexity is minimized.All of the SEU injection and evaluation requirements are performed by a soft-core which realized inside the host FPGA.Experimental results on some standard benchmark circuits reveal that the proposed system is able to speed up the fault injection campaign 50 times in compared to conventional method.

星载软件系统错误传播研究与分析

针对星载软件系统因宇宙射线和环境扰动而产生的软件错误及错误传播问题,研究星载软件系统错误传播分析方法。利用该方法从信号和模块2个层面评测软件的可靠性,并根据结果对系统信号或模块的脆弱性进行分析,找出系统较为脆弱的信号与模块,以及最可能传播错误的信号传播路径。定义信号与模块的错误传播率、暴露率等参数,设计参数的计算方法,提出错误传播图的构建算法。通过具体实例的注入实验,计算分析各可靠性参数,对信号及模块的脆弱性进行评估。结果表明,定义的参数能有效描述错误传播现象,验证了算法的实用性及有效性。

基于错误传播分析的SDC脆弱指令识别方法

单粒子软错误是高辐照空间环境下影响计算可靠性的主要因素.随着芯片晶体管数的快速增长,单粒子软错误的威胁日益严重.结果错误(silent data corruption,SDC)是单粒子软错误造成的一种故障类型.由于SDC是隐蔽传播的,SDC的检测是单粒子软错误防护的难点.寻找SDC脆弱指令是目前检测SDC的重要途径.现有方法需要进行巨量的错误注入,时间代价巨大.首先根据数据关联图建立了指令的数据依赖关系,研究了函数间和函数内部错误传播过程;进而推导出判定SDC脆弱指令的充分条件,提出了SDC脆弱指令识别方法,该方法在错误注入中依据充分条件推测潜在的SDC脆弱指令.实验表明,在保证较高准确率和覆盖率的前提下,时间代价显著减少.

硬X射线调制望远镜卫星载荷数据存储系统设计与验证

针对X射线科学数据全天时、种类多、数据率变化大、更高准确性和可靠性的要求,研制了硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星数据存储系统(DSS),用于实现对有效载荷和卫星平台数据的接收、处理、记录、存储以及回放。文章在给出了数据存储系统功能需求分析的基础上,对工作模式灵活多样和在轨长期工作下的高可靠性存储这两个最主要特点的设计和验证情况进行了说明。通过软件注错、辐照试验,以及在轨长期连续运行结果表明:HXMT卫星的数据存储系统灵活性高、可靠性好、运行稳定,完全满足用户需求,对HXMT卫星科学目标的实现奠定了基础,可为后续航天器数据存储系统的设计和验证提供参考。

基于低复杂度编译码的数据流错误纠错方法

针对单粒子翻转可能带来的数据流错误,设计一种改进的数据流错误纠错方法。利用线性分组码的相关理论,分析常用数据流容错方法的容错能力,从线性分组码的编译码原理出发给出一种低复杂度编译码算法,基于该编码的容错方法能够以较少的开销纠正单粒子翻转造成的单比特数据错误。实验结果表明,该方法能够有效纠正单粒子翻转造成的数据错误,与常用的纠检错方法相比,具有较优的纠错性能和较少的容错开销。

基于FPGA硬件的单粒子翻转模拟技术

由于航空航天活动越发复杂,深空通信和姿态控制等航空航天电子系统大量采用集成电路芯片以提高各方面性能。随着集成电路工艺节点的进一步缩小,电路受到单粒子效应而发生错误的概率越来越大。评估集成电路对单粒子翻转(Single event upset,SEU)的敏感性对航空航天的发展具有重要意义。电路规模的增加和系统功能集成度的提高给评估速度带来了严峻挑战。本文提出了一种能适用于超大规模集成电路(Very large scale integration,VLSI)的快速故障注入方法。该方法可通过脚本自动分析电路,并修改逻辑使电路具备故障注入功能。实验结果表明,该方法实现的故障注入速度可以达到纳秒级,可大幅缓解电路规模和评估时间之间的矛盾,从而满足VLSI的评估需求。